滚筒式纤维除杂机的设计

边哲琦

（山东协和学院 工学院，山东 济南 250109）

[摘要] 本次主要是关于纤维除杂机的相关设计，因为对于纤维生产要求的标准相对而言比较高，所以普通的方法很难达到我们所规定的要求，因此为了纤维生产可以达到相应的标准，我们必须通过改善机器性能这一途径来进行相关的设计工作，满足未来相关行业的生产要求。

[关键词] 纤维除杂机；筛网；滚筒

通过相应的研究，截止到目前我们可以知道天然竹纤维具有很好的性能，例如：有很好的除臭性能，弹性比较好，具有很好的耐磨性以及抗菌性，因此在未来的社会生产以及日常生活中天然竹纤维具有广泛的应用前景。也正因如此，在众多种类的竹纤维之中，人们对于天然竹纤维的需求量则不断攀升。但是目前在技术加工方面仍然存在缺陷，所制的纤维长度较短，如果想要制成能够被正常使用的纺织纤维，我们必须通过一些特殊的加工技术以及工艺方法等。就目前而言，人们通过加工处理所制成的竹纤维还存在很多的缺点，例如：竹纤维过于厚，硬度无法达到所需的要求，并且有很多的残留物，特别是在细度、柔软度以及强度方面的差距比较大，还没有办法达到进一步使用的要求，因此所设计的新型纤维除杂机相对而言是非常有必要性的。

1.竹纤维的生产方法和现状

为了能够制成可以正常使用的纺织纤维，有些学者也提出了一些相应的制作方法，其中普遍使用的是通过滚筒或者是碾压机将竹原料直接制成可用于使用的竹纤维，第二种就是通过用爆炸的方法来进行提取。

在目前的纺织行业，较为普遍使用的制取方法主要有3种，分别为蒸汽锤击、机械梳理法以及化学机械法。通过查阅资料可知，无论是国内还是国外，对于竹纤维的生产和分离都存在一定的缺陷，无法达到预期规定的生产效果，因此必须通过生产一种满足以上优点并且具有较少缺陷的纤维除杂机器，来满足未来社会日常生活纺织用纤维的要求。

2.纤维除杂机的概况

纤维除杂机是在分析各国具体方法之后，取其精华，不断改良的一种除杂设备。在整个除杂设备结构中，滚筒为主要，电机以及传动部分等为次要。

（1）纤维除杂机的功能

纤维除杂的目的就是为了获取纺织用纤维，为了保证纤维浆的高质量，我们必须进行除杂，然后将剩余部分做成所需要的纤维板。除杂步骤分别为粗分和精磨。前者就是在原材料中提取单根纤维，后者则是在前者的基础上对所得到的单根纤维进一步的进行分离，使其内部发生变质可以更好的溶解，从而得到我们所需要的纤维。

（2）纤维除杂机的结构

1）滚筒

纤维除杂机中最重要的组成部分就是滚筒。滚筒的结构较为简单，为了方便移动和固定，其四个支撑轮起了很大的作用。工作原理就是在设备运行过程中，电机通过传动系统把动力传送至减速电机上，使滚筒旋转，在整个运作过程中，滚筒的4个支撑轮在其中起到了较大的固定支撑作用。

2）链轮传动机构

相对于齿轮传动而言，链轮传动具有很大的优势，其制造和安装所需的成本比较低，在生产时更加便捷；同时在链轮传动的过程中，链齿轮会有一定程度的受力，其受力情况相对而言较好，并且承载的能力会更大；此外链轮传动的减振性能比较好；链轮传动在使用过程中会更加的灵活，我们可以根据具体的实际情况来改变其中心距，从而提高传动效率和生产效率；在链轮传动的运作过程中，轴受到的拉力相对而言会比较小，从而延长了机器的使用寿命；二者的结构相对而言，链轮较为简单，链轮驱动机构一般是由链轮和链条两部分来构成的，首先链轮会在马达的作用下进行驱动，然后与链条啮合，最终使滚筒得以旋转。

3）减速电机

减速电机不但在一定程度上可以达到资源利用的最大化，而且还具有更多的优势，它不仅能耗比较低，而且在性能方面更加优越，效率也是提高到了95%左右。通常在选取材料时会选用高品质的阶段钢材，因为其箱体比较结实，并且齿轮在经过热处理后会更加耐磨，所以我们在进行精密的加工之后，能够很大程度的保证定位的精确度。

（3）纤维除杂机的特点

1）特制筛孔在使用时阻塞风险较低；

2）在整个机器运作过程中产生的噪音较小；

3）机器组织构成不复杂，方便维修；

4）筛网开关便捷可阻挡灰尘，确保机器运行；

5）符合国家标准要求，不易发生损坏；

6）选择特制筛网，整体效率较高。

3.结构设计

（1）滚筒的设计

我们在进行滚筒设计时，所需要的几何参数主要是包括整个圆柱体形状的长度L以及其直径D，一般而言，滚筒其内径为600~2100毫米，长度则为1800~9000毫米。根据目前市场上已经所生产的滚筒筛网来看，1520mm的滚筒内径比较符合要求。通过分析具体的数据，我们可以知道长度，材料的运动时间以及整体筛分效率三者之间是成正比的关系，因此整体效率的提高，使得最终生成的纤维浆中杂质的含量更少。然而通过积累的大量生产经验，我们可以知道在距离供料端0.6米的范围时原料大多数就已经会被筛选出来。所以如果圆柱体长度持续增加，对于整体筛分的效果增加程度并不是特别明显。反之过度增加其长度的话，会存在很多缺点：一是会占用更大的面积，二是在一定程度上会增加其成本，影响效益。因此我们对于圆柱体长度的选取应该保持适当的长度，大约L = 1.65D = 2514mm。

（2）支撑导轮的设计

通常情况下在较为精确高效的颗粒分离器中支撑导向轮具有较强的作用，且对滚筒具有很强的支撑作用，能够使滚筒在旋转的过程中较为平稳。

1）轴承的选择：

因为支撑轮在受力方面，主要承受的是来自轴向的载荷，因此我们在选择轴承的时候应该优先选取圆锥滚子轴承，这样我们才能在受力方面比较符合要求，正是因为其具有的特殊设计会使得圆锥滚子轴承比较容易承受来自于径向和轴向两方面的双重负荷。通常情况下接触角α在一定程度上决定了它的轴向负荷能力，并且二者之间的关系是成正比。此外我们通常情况下会用e来代表该角度的夹角大小，并且e与夹角大小也是正比关系，其承受的轴向负荷的适用性也就随之改变，呈正相关；

2）链轮：

为了保证在啮合过程中可以平稳进行，我们必须做好以下几方面的措施：一是减少冲击力，二是减少摩擦力，三是减少接触应力。只有这样我们才可以保证整体设备的顺利运行，另一方面我们还为运行节省了部分的动力。

链轮齿数： z=21

分度圆直径： d=p/sin（180°/z）= 294mm

齿顶圆直径： dmax=d+1.25p-d1=318mm

齿根圆直径： df=d-d1= 226mm

3）电机的选择：

通过所学的知识以及查阅相关资料。我们在选取电动机型号的过程中，最重要的部分就是要计算好该套设备所需要的实际转速，只有通过该套设备的转速我们才可以确定所需的电动机的转速，进而选取符合要求的电动机型号。通过在本专业相关专业书籍中，我们可以查阅到传动比范围i1′=2～4的v带传动比的范围, 传动比为i2′=2～3直齿轮传递动力，在这些范围内，因此电动机转速可选范围通过计算公式为：

N=nw×i1′×i2′=1800 r/min～5400r/min

可见只有同步转速为3200r/min可符合上面的要求。

通过以上计算，我们可以首先得出一个大致的范围，但是出于对多方面的考虑，尤其是对经济效益的考虑，我们应该选取参数与安装大小最为符合的电动机。其型号是减速电机CR87-80，这种减速电机的减速比为18.5，功率为18.5Kw，总体来说对于机器的要求比较符合；

4）联轴器的选择：

在一般情况下，目前已经现存的连轴器对于出现的多种情况基本上可以满足。只需要在其中选取符合要求以及符合规定的连轴器类型和型号就可以。

a.初步确定轴的最小直径，选取材料为45号钢 调质处理根据表15-3，取：

112 ，于是得

取整数为60mm

b.类型选择：

所以根据题意分析，暂选取凸缘联轴器 型号的联轴器。

（3）箱体的设计

综上可知，滚筒的内径为R = 1520，滚筒的长度为L = 2514。因此我们可以得到滚筒的高度至少为2050mm，宽度为2050mm，长度为2650mm，这样对于操作才不会有影响。

我们在箱体制作过程中应该选取钢板材料来进行，以外箱体的壁厚也比较重要，大概为6毫米左右。具体的厚度可以根据机器在运行过程中的具体情况来进行适当的增加或减少，如此这样不但可以满足机器在运转过程中所需要的强度，而且又可以在一定程度上减少箱体制造过程中所消耗的成本，节约钢铁。

（4）底座的设计

在整个机器的制作过程中。底座主要是起到了固定的作用，因为在机器进行运作的过程中会产生较大幅度的晃动，因此底座一般情况下需要选取较为厚重的材料用来在地面上进行固定，防止机器在运行的过程中，因为受力的作用而发生位置的移动。此外底座上会设有一个小孔，其目的就是为了能够更好的排出杂质。在设计底座时可以将底座与地面之间夹角设为α，滚筒的倾斜角度和材料的停留时间二者呈负相关的关系。如果滚筒的倾斜角度越大，那么滚筒中材料的停留时间则会较短，整个筛选的速度相对而言就会比较快，反之就会比较慢。但需要注意的是，如果倾斜角度超过了临界值，那么要把滚筒内的材料筛分出来就会有些困难。因为倾斜角如果过于大，物料到达出口后返回的数量就会变多。又因为底座的倾斜角度通常在5°- 15°之间，因此在这里选取α=8°。

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